Разница между горячекатаной и холоднокатаной сталью

Прокат в металлургии - это продукция получаемая на прокатных станах путём прокатки. Прокатывается металл полученный на предыдущей стадии обработки металла - литье. Обычно его называют "прокат металла" или "металлопрокат".

Прокатка - один из самых распространённых видов обработки металлов давлением. Заключается в обжатии металла между двумя вращающимися в разные стороны валками. Силами трения заготовка затягивается в зазор между валками и обжимается по толщине. После прокатки увеличивается длина (происходит удлинение) и ширина (происходит уширение). Прокаткой получают прокат различного назначения. Если температура прокатки выше температуры рекристализации, то прокатку называют горячей. Если температура прокатки ниже температуры рекристализации, то прокатку называют холодной. Горячий прокат получают путём нагревания металла для повышения его пластичности, а холодный прокат получается в том случае, когда пластичность металла достаточна и без нагрева (например, у мягких марок стали).

Длина прокатных станов зависит от объёмов производства проката, от свойств полученной прокатанной стали и может быть очень большой. Например, протяжённость прокатного стана-2000 на комбинате "Северсталь" в Череповце несколько сотен метров. Часто на прокатном стане наряду с основной функцией проката совмещаются и дополнительные: резка металла на части, маркировка или клеймение, сматывание в рулоны, упаковка и другие.

Важно дать определение ещё двум понятиям: "сортамент" и "профиль".

Сортамент - это совокупность прокатных профилей отличающихся по форме и размерам.

Профиль - это форма поперечного сечения прокатного изделия.

Сортамент делится на 4 группы:

Листовой (лист, полоса (рулон), штрипс):

Горячекатанные тонкие (толщина до 4 мм);

Горячекатанные толстые (толщина свыше 4 мм);

Холоднокатанные (листы всех размеров).

Листы могут так же быть рифлёными и оцинкованными.

Сортовой :

Простой (круг, квадрат, полоса плоского сечения);

Фасонный: общего (массового) потребления (угловой профиль, швеллеры, двутавровые балки, шестигранные профили и другие);

Специального назначения (рельсы железнодорожные широкой и узкой колеи, рельсы трамвайные, профили с/х машиностроения, судостроения, нефтяной и электропромышленности).

По размеру профиля делится на:

Крупный;

Средний;

Трубы :

Круглые:

Безшовные;

Сварные;

Профильные;

С переменным размером сечения.

Специальные виды (бандажи, колёса, шары, периодические и гнутые профиля).

Специальные виды металлопроката являются самыми востребованными. Например, гнутый швеллер. Если собственно швеллер - это металлическая балка, в сечении напоминающая букву "П", то гнутый швеллер - это такая же балка, но согнутая так, как требуется для конкретного производства.

На структуру производства прокатной продукции большое влияние оказывает специфика хозяйства той или иной страны, её промышленности и географии внешних связей. В целом по миру главными отраслями-потребителями проката являются промышленность (в которой особенно выделяются отрасли транспортного и общего машиностроения), строительство, транспорт и связь, предъявляющие свои специфические требования к конечной продукции чёрной металлургии. Так, в продукции чёрной металлургии США традиционно велика доля тонколистового проката, что связано с большим развитием в стране автомобильной промышленности и производства разнообразной бытовой аппаратуры (холодильников, кондиционеров и т.п.), в Японии - средне- и толстолистового проката, потребляемого в больших количествах в судостроении.

Удельные затраты на производство товарной продукции проката на российских предприятиях в 2-4 раза превышают аналогичные показатели для развитых стран Запада. Это положение связано с высоким износом основных фондов, недостаточным использованием передовых достижений науки и техники, значительными расходами на транспортировку сырья и готовой продукции, высокими затратами на электроэнергию. Все эти обстоятельства значительно снижают конкурентоспособность отечественной металлургической продукции на внешнем рынке.

Пространственное размещение прокатного производства в России сходно с географией размещения производств чугуна и стали. Связано это с тем, что главными производителями являются одни и те же металлургические комбинаты страны: Череповецкий, Новолипецкий, Нижнетагильский, Магнитогорский, Челябинский, Орско-Халиловский, Кузнецкий и Западно-Сибирский. Вместе они выпускают более 85% российского проката. Среди прокатных центров второго порядка выделяются Аша, Златоуст, Белорецк, Чусовой и Ижевск на Урале; Старый Оскол и Санкт-Петербург в Европейской России; Комсомольск-на-Амуре, Новосибирск и Красноярск в Азиатской части.

В последние десятилетия в мировой чёрной металлургии появилось новое направление, новый тип предприятий - металлургические минизаводы - передельные предприятия сравнительно небольшой производительности. Появление и быстрый рост числа металлургических минизаводов обусловили следующие предпосылки: низкие удельные капиталовложения и короткий строительный цикл, простая и компактная технология, региональное сырьё в виде металлического лома, специализированный сортамент продукции, ориентированный на конкретного потребителя, высокая производительность труда при оптимизации производственных издержек, появление новых технологий, а также создание нового технологического оборудования - весь этот комплекс объективных предпосылок сделал металлургические минизаводы одним из наиболее динамично развивающихся и эффективных направлений в чёрной металлургии. Металлургические минизаводы часто используют оборудование для металлопроката и резки металлов китайского и тайваньского производства.

Российская металлургия знает свои слабые стороны и поэтому последние годы активно перевооружается и перенимает передовой зарубежный опыт. Этому способствует и покупка российскими холдингами зарубежных производителей проката.

Кстати, примеры из статьи о прокате стати и чёрных металлов не введут вас в заблуждение! Прокат бывает и в цветной металлургии. Вспомните лыжные палки из своего детства - такие алюминиевые трубки. Это ни что иное, как прокат алюминия, который может быть и в виде листов (рифлёные, тиснёные), плит, кругов, труб, уголков, шин... Так что, в принципе мировая металлургия выпускает металлопрокат из различного сырья (чёрных, цветных и драгоценных металлов).

Текст © Владимир Спицын, 2007-2009 (специально для сайта )

Сайты о промышленности

Статьи о промышленности

Сортовой прокат

В машиностроении, строительстве, на транспорте широко применяется металлический прокат : листы, полосы, ленты, рельсы, балки и т. д. Его получают в результате обжатия слитка металла в горячем или холодном состоянии между вращающимися валками прокатного стана. Таким образом обрабатывают сталь, цветные металлы и их сплавы.

Профиль проката (форма его поперечного сечения ) зависит от формы валков. На рисунках показаны основные профили продукции прокатного производства, называемой сортовым прокатом.

Различают следующие профили сортового проката : простые (круг, квадрат, шестиугольник, полоса, лист ); фасонные (рельс, балка, швеллер, тавр и др.); специальные (колеса, арматурная сталь и др.).

Чаще всего сортовой прокат используется в качестве заготовок для различных деталей. Например, из шестигранного прутка делают болты, гайки. Из круглого проката вытачивают цилиндрические детали на токарных станках. Уголковый прокат применяется в производстве рам, каркасов, стеллажей и т. д.

Прокаткой можно придать заготовке форму готовой детали, тем самым избежать дополнительной обработки и, следовательно, уменьшить отходы металла, сэкономить время.

Ниже представлены несколько образцов распространённых видов проката: труба, арматура, балка, швеллер, лист, уголок, полоса и т.д.

Сортовой прокат - один из видов полуфабрикатов . Так называют продукт труда, предназначенный для дальнейшей обработки и получения готовых изделий.
С некоторыми видами полуфабрикатов вы уже знакомы - это пиломатериалы, фанера, проволока.
Листовой прокат подразделяется на тонколистовой (до 4 мм) и толстолистовой (свыше 4 мм

Виды и свойства стали

Сталь - это сплав железа с углеродом (до 2%) и другими химическими элементами. Она широко применяется в машиностроении, на транспорте, в строительстве, быту.
В зависимости от состава различают углеродистую и легированную сталь. В углеродистой стали содержится 0,4...2% углерода. Углерод придает стали твердость, но увеличивает хрупкость, снижает пластичность. При добавлении в сталь во время плавки других элементов: хрома, никеля, ванадия и др. - изменяются ее свойства. Одни элементы повышают твердость, прочность, другие - упругость, третьи придают антикоррозийность, жаропрочность и др. Стали, в которых есть эти элементы, называются легированными. В марках легированной стали добавки обозначают буквами: Н - никель , В - вольфрам , Г - марганец , Д - медь , К - кобальт , Т - титан .

По назначению различают конструкционную, инструментальную и специальные стали.
Конструкционная углеродистая сталь бывает обыкновенного качества и качественная. Первая - пластичная, но обладает невысокой прочностью. Применяется для изготовления заклепок, шайб, болтов, гаек, мягкой проволоки, гвоздей. Вторая отличается повышенной прочностью. Из нее изготавливают валы, шкивы, ходовые винты, зубчатые колеса.
Сталь инструментальная обладает большей твердостью, прочностью, чем конструкционная, и применяется для изготовления зубил, молотков, резьбонарезных инструментов, сверл, резцов.
Специальные стали - это стали с особыми свойствами: жаропрочные, износостойкие, нержавеющие и др.
Все виды сталей маркируются определенным образом. Так, конструкционная сталь обыкновенного качества обозначается буквами Ст . и порядковым номером от 0 до 7 (Ст. О , Ст. 1 и т. д.- чем выше номер стали, тем выше содержание углерода и предел прочности), качественная - двумя цифрами 05 , 08 , 10 и т. д., показывающими содержание углерода в сотых долях процента. По справочнику можно определить химический состав стали и ее свойства.
Свойства стали можно изменять с помощью теплового воздействия - термической обработки (термообработки). Она заключается в нагреве до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующем быстром или медленном охлаждении. Диапазон температур может быть широким в зависимости от вида термообработки и содержания углерода в стали.
Основные виды термообработки - закалка, отпуск, отжиг, нормализация .
Для повышения твердости стали применяют закалку - нагревание металла до определенной температуры (например, до 800 °С) и быстрое охлаждение в воде, масле или других жидкостях.
При значительном нагревании и быстром охлаждении сталь становится твердой и хрупкой. Хрупкость после закалки можно уменьшить с помощью отпуска - остывшую закаленную стальную деталь вновь нагревают до определенной температуры (например, 200...300°С), а затем охлаждают на воздухе.
У некоторых инструментов закаливают только их рабочую часть. При этом повышается долговечность всего инструмента.
При отжиге заготовку нагревают до определенной температуры, выдерживают при этой температуре и медленно (в этом главное отличие от закалки) охлаждают . Отожженная сталь становится мягче и поэтому лучше обрабатывается.
Нормализация - разновидность отжига, только охлаждение происходит на воздухе . Этот вид термообработки способствует повышению прочности стали.

Термическую обработку стали на промышленных предприятиях выполняют рабочие-термисты . Термист должен хорошо знать внутреннее строение металлов, их физические, технологические свойства, режимы термообработки, умело пользоваться термическими печами, строго соблюдать правила безопасности труда.

Важнейшие механические свойства стали - твердость и прочность . На твердость сталь испытывают при помощи специальных приборов-твердомеров . Метод измерения основан на вдавливании в образец более твердого материала: шарика из твердой стали, алмазного конуса или алмазной пирамиды.

Значение твердости НВ определяют делением нагрузки на площадь поверхности отпечатка, оставляемого в металле (метод Бринелля ) (рис. справа, а ),

или по глубине погружения в металл алмазного острия, стального шарика (метод Роквелла ) (рис. 6 ).

Прочность стали определяют на разрывных машинах испытанием образцов специальной формы, растягивая их в продольном направлении вплоть до разрыва (рис. слева). Определяя прочность, делят наибольшую нагрузку, которая предшествовала разрыву образца, на площадь его первоначального поперечного сечения.

Различают объемную прокатку металлов и листовую прокатку. Объемная прокатка – это процесс обработки металлов давлением, при котором деформация естественным образом является трехмерной. Этот термин – объемная прокатка или более общо – объемная обработка давлением – применяется в основном, чтобы отличить ее от процессов обработки листового проката.

Объемное и плоское деформирование

При изготовлении листов напряжения, которые формируют металл, находятся в плоскости листа, тогда как при объемном деформировании, напряжения имеют компоненты во всех трех направлениях координат.

Объемное деформирование, вообще говоря, включает такие методы обработки металлов давлением, как ковка, прессование (экструзия), прокатка и волочение. Его применяют для многих металлов, в первую очередь, конечно, для стали, алюминия и меди.

Температура прокатки металлов

Температуру прокатки металлов – стали, алюминия, меди – обычно подразделяют на два основных интервала:

• холодная обработка;
• горячая обработка.

Холодная прокатка происходит при относительно низких температурах по отношению к температуре плавления металла. Горячая прокатка производится при температурах выше температуры рекристаллизации металла. Есть еще и третий температурный интервал – теплая прокатка, которая вызвана потребностью экономии энергии и в некоторых случаях применяется в промышленности.

Холодная прокатка

Холодной прокаткой обычно называют пластическое деформирование металла при комнатной температуре. Явления, которые связаны с холодной обработкой, происходят, когда металл деформируют при температурах около 30 % и ниже его температуры плавления в абсолютной шкале измерения. В ходе холодной обработки в металле возникает все увеличивающееся количество дислокаций. Перепутывание этих дислокаций и вызывает упрочнение металла – наклеп или деформационное упрочнение. При деформационном упрочнении прочность металла с ростом деформации увеличивается.

Отжиг деформированного металла

Чтобы произвести рекристаллизацию металла, часто необходима специальная термическая обработка – отпуск. В ходе отжига прочность металла может резко снижаться при значительном повышении пластичности. Это повышение пластичности часто позволяет дальнейшее деформирование металла без его разрушения.

Холодная обработка обычно позволяет лучше контролировать размерные допуски конечного изделия, а также качество его поверхности, чем, при горячей прокатке.

Горячая прокатка

Горячая прокатка происходит при температурах 60 % и более от температуры плавления металла по абсолютной шкале. При повышенной температуре металл снижает свою прочность, что дает возможность снижать усилия, которые необходимы для его пластического деформирования. Непосредственно в ходе деформирования металла происходит его рекристаллизация с постоянным образованием новых зерен. Постоянное образование новых зерен обеспечивает сохранение высокой пластичности металла. Это дает возможность достигать больших величин деформации без разрушения металла. Контроль конечных размеров при горячей обработке более труден из-за образования окалины и объемных изменений при последующем охлаждении.

Теплая прокатка

Теплая прокатка металлов находится между горячей прокаткой и холодной прокаткой. Она происходит в температурном интервале 30-60 % от температуры плавления металла по абсолютной шкале. Усилия, которые требуются, чтобы деформировать металл при теплой прокатке выше, чем при горячей прокатке. Конечное качество поверхности и размерные допуски являются более высокими, чем при горячей прокатке, но не настолько высоки, как при холодной прокатке. Хотя теплая прокатка и имеет недостатки, основным стимулом для ее применения является экономика. Нагрев металла для горячей обработки весьма и весьма дорог. При снижении температуры прокатки высвобождаются значительные средства, которые можно направить на повышение качества продукции.

При закупке металлопроката перед многими предприятиями встает вопрос: какую сталь покупать? В зависимости от способа изготовления стали бывает горячекатаный и холоднокатаный прокат.

Чтобы понять, какой тип металла больше подойдет для производства продуктов компании, следует понимать некоторые фундаментальные различия между двумя разновидностями стали. Эти различия скорее касаются способа обработки на заводе, а не спецификации или сорта продукции.

Горячекатаная сталь

Производство металла горячего проката включает обработку стали при высокой температуре (более 1700 °F), которая превышает температуру рекристаллизации стального сплава.

Если нагреть сталь выше температуры рекристаллизации, она легко принимает любую форму и позволяет изготавливать детали больших размеров.

Горячекатаная сталь дешевле, чем холоднокатаная, так как изготавливается без каких-либо задержек в процессе, и, следовательно, повторного нагрева стального материала не требуется, как в случае холодной прокатки.

Единственный недостаток горячего проката заключается в том, что при остывании сталь незначительно уменьшается, поэтому производители не имеют полноценного контроля над размерами и формой конечного продукта по сравнению с холодным прокатом.

Изделия из горячекатаной стали используются в сварочных и строительных проектах, например, при создании железнодорожных путей и двутавровых балок. То есть их применяют только тогда, когда не требуются точные допуски размеров.

Холоднокатаная сталь

По существу, холоднокатаная сталь представляет собой горячекатаный металл с последующей дополнительной обработкой. Сталь подвергается холодной прокатке, когда материал охлаждается до комнатной температуры.

Этот процесс позволяет производить металлопрокат с более строгими допусками в размерах и широким спектром отделки поверхности.

Термин «холодный прокат» ошибочно используется для всех продуктов, а на самом деле относится только к прокатке плоских листов и катушек.

Лист холодного проката содержит меньше углерода, что делает его более пластичным при использовании, чем в случае горячего проката.

Холоднокатаную сталь можно использовать в любом проекте, где требуются точность допусков, соосность и прямолинейность.

Сравнивая два одинаковых образца из стали, полученных разными способами, нельзя однозначно сказать, какой из них лучше. Но с учетом специфики применения металлических изделий (будь то лист или пруток) в каждом конкретном случае следует понимать, какие свойства приобретает сплав при той или иной прокатке заготовок («слябов»). Это нужно не только для того, чтобы сделать оптимальный выбор и не переплачивать за продукцию (особенно если производится закупка большой партии).

Порой разница между горячекатаными и холоднокатаными изделиями – принципиальная.

Информация, представленная в данной статье, будет интересна рядовому потребителю и однозначно поможет принять правильное решение. Но и профессионалу нелишне ознакомиться с предлагаемым материалом, так как всегда полезно периодически освежать память.

Главное различие в способах проката – в температуре, при которой производится обработка заготовок. При горячем она превышает 920 ºС (1700 ºF). Холодный прокат производится в более щадящем режиме, и температура существенно ниже значения (иногда на уровне комнатной), при котором происходит рекристаллизация конкретного металла (сплава).

Примечаниe

Рекристаллизация – процесс, при котором образуются и растут зерна (гранулы) равноосные. Происходит при значительном повышении температуры и меняет структуру материала, который приобретает иные свойства.

Особенности проката

Горячий

• Металл (сплав) легче поддается обработке, поэтому при таком способе проката можно получить более тонкие листы или пруток меньшего сечения.
• Для изготовления изделий методом горячего проката в основном используется низкосортная, более дешевая сталь.
• Существует необходимость дальнейшей обработки изделий, так как нередко они покрыты окалиной.
• Геометрия горячекатаных образцов строгостью не отличается (например, неровности по углам листов, неравномерность толщины), так как невозможно точно просчитать пределы деформации при охлаждении металла.

Расчет массы горячекатаного и холоднокатного листа по ГОСТ 19903-90, 19904-90.